[디지털비즈온 김맹근 기자] 한국의 1인당 플라스틱 포장재 소비율(0.18 kg/day)은 전 세계적으로 가장 높을 뿐만 아니라, 수집 및 재활용 비율 또한 80% 이상으로 매우 높은 상황이며, 정부의 ‘2027년 직매립 제로’ 정책 추진으로 재활용률이 더욱 높아질 것으로 예상된다.

환경부는 플라스틱 재활용을 통해 지속가능한 순환 경제를 강력하게 추진하고 있으며, 쓰레기 양에 따른 폐기물 처리 수수 료, 플라스틱병 보증금 반환 시스템, 생산자책임재활용(EPR) 제도 및 특정 일회용 플라스틱 품목 금지 등이 그 예이다.

Markets and Markets 시장 자료에 따르면, 바이오플라스틱 세계 시장 규모는 '20년 104억 6,200만 달러에서 연평균 21.7%로 급성장해 '25년 279억 690만 달러의 규모를 형성할 것으로 전망되고 있다.

현재까지 바이오 플라스틱 산업은 옥수수, 사탕수수 등 생물에서 유래 한 성분을 이용하는 바이오매스 기반(Bio-based) 플라스틱을 기본으로 하며, 또 하나는 기존 의 플라스틱 제조 공정을 변형하여 생물이 분해할 수 있는 생분해(Biodegradable) 플라스틱 산업으로 구성된다.

친환경 바이오 플라스틱 기술 개발 및 국내 기업 동향

해양 생분해 친환경 플라스틱 소재 PHA(Poly hydroxy alkanoate)는 미생물이 식물유래 성분을 먹고 세포 안에 쌓아놓는 고분자 물질로, 미생물 기반의 생분해 플라스틱이다. 이는 생분해성이 뛰어나다는 장점을 가진다. PHB(Poly hydroxy butyrate)는 열분해되기가 쉽고 가공이 어렵다는 단점이 있어 이를 개선하기 위해 열가소성 고분자 소재인 PHA에 대한 연구가 활발하게 진행 중이다.

특히나 PHA는 해양에서 분해되는 유일한 친환경 플라스틱 소재로 농업 및 축산, 제약 등 여러 다른 산업과 결합하여 시너지를 낼 수 있는 성장 가능성이 큰 소재이다. 석유로 만든 기존 플라스틱은 분해되기 까지 500년이 걸리는데 반해, PHA는 토양, 해양 등 자연상태에서 1년 내에 90%이상 생분해되며, 해수 온도 15~40℃에서 6개월 전후로 분해된다.

천연고분자계 기능성 바이오 플라스틱은 천연고분자류는 곡물에서 추출되는 녹말(starch), 게나 새우의 껍질에서 얻을 수 있는 키틴(chitin), 셀룰로스(cellulose) 등이 생분해되는 생분해성 고분자에 속한다. 이는 위에서 언급한 미생물에 의해 생산된 고분자 또는 합성 고분자보다 가공성은 떨어지지만, 가격이 상대적으로 저렴하다. BASF, Bayer, Dupont 사에서 생분해성이 없는 방향족 폴리에스테르의 벤젠고리 부분을 탄화수소로 대체하여 생분해할 수 있도록 하는 연구를 추진하고 있다.

바이오매스 기반 ‘이소소르비드(Isosorbide)’를 활용한 생분해성 플라스틱은 이소소르비드는 옥수수 등 식물자원에서 추출한 전분을 화학적으로 가공해 만든 바이오 소재로 플라스틱을 비롯한 도료, 접착제 등을 생산할 때 기존 화학 소재를 대체해 쓰인다. 삼양사 화학연구소는 '21년 7월 이소소르비드 기반 생분해성 플라스틱 ‘PBIAT(Poly Butylene Isosorbide Adipate-co-Terephthalate)’을 세계 최초로 개발하는데 성공했다.

생분해 수지 PBAT/PLA- ‘탄소 저감형 플라스틱’은 PLA(Poly Lactic Acid)는 옥수수나 사탕수수에서 추출한 글루코스를 발효 및 정제하여 가공한 젖산을 발효하여 만든 생분해성 수지다. PLA의 경우, 타 생분해성 고분자와 비교하면 지속 가능한 소재라는 점 외에도 열가소성, 인체친화성, 고강도 물성 등의 장점을 갖추고 있고 분해성이 뛰어난 측면이 있어 가장 각광받는 친환경 소재 중 하나이다.

국내에서는 아직까지 PLA 생분해성 원료 소재를 수입·가공하여 플라스틱 제품을 생산하는 중소·중견 기업을 중심으로 바이오플라스틱 산업 생태계가 구축되어 있다. SK 이노베이션, SK케미칼은 PLA 생산 원천 기술 연구 및 PLA 기반 유연 생분해성 바이오플라스틱 ECOPLAN FLEX를 판매하고 있다.

또한, LG 화학은 '21년 10월 PLA 바이오 플라스틱의 상업화를 목표로 세계적인 곡물 가공 기업인 미국 ADM과 PLA 생산 공장을 합작 건설할 계획을 발표하였다. 또한 최근에는 옥수수 성분의 포도당과 폐글리세롤을 활용해 바이오 함량 100%인 생분해성 소재의 개발을 마무리했다.

친환경 PET(Bio-PET, Recycled PET)는 일반 석유 화학에서 얻는 기존의 PET는 석유에서 추출한 원료 100%로 구성되어 있지만 ‘BIO-PET’ 의 경우, 구성 원료 중 일부를 식물성 원료로 적용해 친환경적이다.

롯데알루미늄의 경우 PET Resin 제조시 식물성 원료 사용(TPA 70% + 식물성 EG 30%)으로 친환경 관련 제품에 적용함으로서 CO2 배출량을 20% 감소하는데 성공하였다. 풀무원은 구성 원료 중 30%를 사탕수수로 대체 제조, 운송, 소각을 포함한 전 공정과정에서 발생하는 이산화 탄소를 20% 감축하는 성과를 보였다.

플라스틱 부산물을 활용해 만드는 재활용 플라스틱 섬유 (Recycled PET, rPET) 또한 일반 폴리에스터 섬유보다 단가가 높지만, ESG 경영을 실천하고 의식 있는 소비를 공략하기 위해 완제품 제조 기업의 rPET 수요가 꾸준히 증가하고 있는 추세다.

결론적으로 정부는 ‘2050 탄소중립을 선언하였으며, 목표 달성을 위해서는 순환경제전략이 필수적으로 요구된다. PwC 자료에 의하면, 현재 탄소배출 비중은 에너지 분야가 55%이며, 나머지 45%의 탄소배출은 제품 생산 및 폐기와 관련된 부분에서 발생한다. '21년 12월, 정부는 이러한 점을 인지하여 탄소중립을 위한 한국형 순환경제 이행계획을 발표하였다.

그러나, 자칫 무늬만 ‘친환경’ 바이오 플라스틱이 아니냐는 일부 의견도 존재한다. 먼저 생분 해성 플라스틱이 이산화탄소의 저감효과를 가져오는 것은 맞지만, 원료가 되는 농작물 재배를 위해 자원을 끌어다 쓰는 것이 환경오염을 유발하며, 플라스틱 자원 순환 효과가 상쇄될 수 있다는 점이다.

생분해 플라스틱은 상용화를 위해서 가격 경쟁력 확보가 무엇보다 중요하다. 이는 바이오 매스의 원활한 수급과 확보가 그만큼 중요해 졌다는 의미이다. 바이오매스 원료의 확보와 가공, 생분해 고분자 단량체 생산 및 중합, 생분해 플라스틱 분해 및 재활용 등 생분해 플라스틱의 벨류체인에 있는 다양한 기업체간의 협력을 통해서만 순환경제를 달성이 가능할 것이다.